KOORDINASI SETTING RELAI PROTEKSI PADA TRANSFORMATOR 60 MVA DI GARDU INDUK AMPENAN
Coodination of Setting Protection Relay on the Transformer 60 MVA IN Ampenan Substation
Didin Januwardi11, Supriyatna 21, Supriono 31
1Jurusan Teknik elektro,Fakultas Teknik ,Universitas Mataram,Nusa Tenggara Barat, Indonesia Email :Didinjanuardi@gmail.com 11;supri1990@yahoo.com 21;supriono @unram.ac.id31
ABSTRAK
Gardu Induk Ampenan merupakan suatu sistem instalasi listrik yang terdiri dari beberapa perlengkapan peralatan listrik dan menjadi penghubung listrik dari jaringan transmisi ke jaringan distribusi primer pada sistem kelistrikan Lombok. Transformator tenaga dengan kapasitas 30 MVA akan ditambah dengan transformator 60 MVA. Pada penelitian ini dilakukan perhitungan settingOver Current Relay (OCR), Earth Fault Relay (EFR), dan Differensial. Untuk hasil perhitungan setting OCR dan EFR didapatkan koordinasi relai pada sisi Penyulang, Outgoing 20 kV, dan Incoming 150 kV pada Transformator 60 MVA di GI Ampenan dengan menggunakan software ETAPv12.6. KarateristikOCR dan EFR menggunakan standar inverse.OCR standar inverse akan dikombinasikan dengan instantaneous. Hasil setting usulan TMS Penyulang Meninting berturut-turut sampai incoming trafo 150 kV sebesar 0,04, 0,10, 0,11, 0,13, dan 0,20 sesuai arus gangguan Penyulang dan Tranformator. Sedangkan setting TMS kondisi eksisting Penyulang Meninting berturut-turut sampai Incoming trafo 150 kV sebesar 0,05, 0,12, 0,23 dan 0,28.
Kata Kunci: Koordinasi proteksi, OCR, EFR.
ABSTRACT
Ampenan Substation is a system installation that consists of some supplies electrical equipment and to liaise on a network of transmission to its primary on elctrical system of Lombok. Power Transformato with a capacity of 30 MVA will be added to the Transformer 60 MVA. This study in the calculation setting of Over Current Relay (OCR), Earth Fault Relay (EFR), and Differential Relay. For the calculation of OCR and EFR there are coordination in fedeer, Outgoing 20 kV, and Incoming 150 kV in Transformer 60 MVA in Ampenan Substation by using software ETAPv12.6 Characteristics of OCR and EFR using the standard invers. OCR the standard inverse will be combined with the instantaneous. The setting TMS of feeder Meninting in a row a incoming Transformer 150 kV as 0,04, 0,10, 0,11, 0,13, and 0,20 according to fedeer and Transformer short circuit. While setting TMS the eksisting of feeder Meninting in a row incoming Transformer 150 kV as 0,05, 0,12, 0,23, and 0,28.
Keywords: The coordination of protection, OCR, EFR.
PENDAHULUAN
Gardu induk adalah salah satu komponen sistem tenaga listrik yang memegang peranan penting dalam penyaluran energi listrik dan pengaturan beban. Pada penyaluran energi listrik diperlukan kontinuitas pelayanan yang baik kepada konsumen.
Seiring dengan pertumbuhan beban yang semakin meningkat untuk daerah Lombok dan dengan kapasitas pembangkit yang semakin besar maka trasformator tenaga dengan kapasitas 30 MVA akan ditambah dengan transformator yang
berkapasitas 60 MVA, dalam rangka meningkatkan keandalan transformator dalam melayani kebutuhan daya listrik.
Data kondisi lapangan di GI Ampenan yaitu Transformator 3 yang berkapasitas 60 MVA, diharapkan dapat membantu evakuasi beban penyulang yang sudah mendekati batas maksimum seperti Penyulang Gunung Sari. Penyulang Gunung Sari yang dulu bebannya hampir 8 MW akan di pecah menjadi Penyulang Meninting dan Penyulang Gunung Sari. Dengan demikian, Transformator 60 MVA di GI Ampenan rencananya akan menampung beban dari
PLTD Lombok 3 yang terdiri dari beban Penyulang Epicentrum dan Penyulang Meninting. Untuk itu, perlu dilakukan pensettingan relay akibat adanya penambahan trafo 3 agar relay dapat berkoordinasi dengan baik. Untuk setting relai yang akan dilakukan pada Transformator 60 MVA yaitu Differensial, OCR, dan EFR dengan mengacu pada data-data real yang didapatkan dari PT. PLN (Persero) APDP Mataram dan PT. PLN (Persero) Area Mataram. erdasarkan permasalahan di atas, penelitian ini akan membahas masalah KoordinasiSetting Over Current Relay Incoming 150 kVdengan Outgoing 20 kV dan Koordinasi Earth Fault Relay Incoming 150 kV dengan Outgoing 20 kV serta Setting Differensial relay pada Transformator 60 MVA di GI Ampenan dalam meningkatkan keandalan pada transformator 60 MVA.
Gardu Induk Ampenan merupakan suatu sistem instalasi listrik yang terdiri dari beberapa perlengkapan peralatan listrik dan menjadi penghubung listrik dari jaringan transmisi ke jaringan distribusi primer pada sistem kelistrikan lombok.
Transformator 60 MVA, untuk saat ini akan di tambahkan oleh PT. PLN (Persero) APDP tepatnya di Gardu Induk Ampenan. Hal ini di sebabkan adanya penambahan beban daya transformator yang ada di Gardu Induk Ampenan. Sehingga perlu adanya penambahan transformator berkapasitas 60 MVA untuk mengatasi pembebanan lebih (Overload) yang terjadi pada transformator 1 dan transformator 2 berkapasitas 30 MVA di GI Ampenan. Dengan demikian, Transformator 60 MVA di harapkan dapat membantu membantu pembebanan lebih yang terjadi pada transformator 1 dan transformator 2 sehingga dalam proses penyaluran energi listrik dapat berjalan dengan baik serta untuk menjaga kontinuitas dan keandalan pada Transformator di GI Ampenan.
Gangguan hubung singkat digolongkan menjadi dua kelompok yaitu gangguan hubung singkat simetri dan gangguan hubung singkat tak simetri (asimetri).
Gangguan hubung singkat simetris terdiri dari gangguan hubung singkat tiga fasa.
Gangguan hunung singkat tidak simetris terdiri dari gangguan hubung singkat satu fasa ke tanah ,dua fasa ke tanah dan dua fasa
Relai arus lebih merupakan pengaman utama untuk sistem distribusi tegangan
menengah terhadap gangguan hubung singkat antar fasa. Relai arus lebih adalah relai yang bekerja terhadap arus lebih, relai akan bekerja bila arus yang mengalir melebihi nilai setting (Iset). Relai arus lebih terdapat beberapa karakteristik waktu yang dikelompokkan menjadi tiga jenis (Komari, 2003) yaitu:
a. Relai Arus Lebih Seketika (Instantaneous).
Relai bekerja seketika (tanpa waktu tunda) ketika arus mengalir melebihi nilai setting, relai akan bekerja dalam waktu beberapa milldetik (10-20 ms).
b. Relai Arus Lebih Waktu Tertentu (DefineteTime).Relai ini akan memberikan perintah pada PMT pada saat terjadi gangguan hubung singkat dan besarnya arus gangguan melampaui setting (Is), dan jangka waktu kerja relai mulai pick up sampai kerja relai diperpanjang dengan pada PMT pada saat terjadi gangguan hubung singkat waktu tetentu.
c. Relai arus lebih waktu terbalik (Inverse Relai). Relai ini akan bekerja dengan waktu tunda tergantung dari besarnya arus secara terbalik (inversetime), makin besar arus makin kecil waktu tundanya
Arus setting untuk OCR baik pada sisi primer maupun sisi sekunder menggunakan standar inverse yaitu:
Iset primer = 1,2 ∙ In (A)……….(1) (P3BJB, 2010) Atau
Iset primer = (2 atau lebih) ∙ Ibebanmax (2) (Anderson, 1998)
Sedangkan setting TMS standar invers menggunakan persamaan :
………3)
Relai Gangguan Tanah atau Earth Fault Relai (EFR). Relai ini berfungsi mendeteksi adanya hubung singkat ke tanah. Setting arus EFR berdasarkan nilai arus gangguan hubung singkat minimum Penyulang.
Setting arus EFR dihitung menggunakan persamaan:
Iset ≤ 50% ∙ Iscmin ……….(4)
…………..(5) METODELOGI PENELITIAN
Penelitian ini dilakukan untuk menentukan setting relai agar terjadi koordinasi proteksi pada Transformator 60 MVA di Gardu Induk Ampenan.Penelitian ini dimulai dengan melakukan analisis hubung singkat menggunakan software ETAP v12.6 dan menghitung setting relai differensial, relai arus lebih, dan relai gangguan tanah, kemudian melakukan analisis koordinasi proteksi.
Penelitian ini menggunakan data-data sekunder yang terdapat di PT. PLN (Persero) APDP Mataram dan PT. PLN (Persero) Area Mataram.Transformator yang dijadikan contoh untuk melakukan analisa setting relai yaitu Transformator 60 MVA.
Langkah-langkah Penelitian.
a. Buat single line diagram pada software ETAP v12.6.
b. Pemodelan simulasi aliran daya
c. Simulasi arus hubung singkat (Isc) pada Transformator 60 MVA dan Penyulang Meninting yang mencakup 3 Fasa, Fasa- Fasa, dan Fasa-ground.
d. Hitung setting pengaman, OCR, EFR dan Differensial pada Transformator 60 MVA e. Buat kurva karakteristik relai pengaman
untuk setting OCR dan EFR.
f. Analisis koordinasi setting relai eksisting dan setting usulan.
g. Langkah a-f . (Utani, Supriyatna, &
Supriono, 2017)
h. Analisis setting Relai Differensial pada Transformator 60 MVA.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Arus hubung singkat pada kondisi real menggunakan sofware ETAP v12.6.Untuk relai yang akan di koordinasikan pada transformator 3 di Gadu Induk Ampenan adalah Penyulang Meninting, Interkonektor 3 (PLTD Ampenan), Interkonektor 3, Outgoing Trafo 3 dan Incoming Trafo 3 (GI Ampenan).Kondisi eksisting setting arus OCR Penyulang Meninting, Interkonektor 3 (PLTD Ampenan), Interkonektor 3, Outgoing Trafo 3 dan Incoming Trafo 3 (GI Ampenan) adalah 220 A, 600 A, 1818 A, dan 242 A. Sedangkan Untuk hasil perhitungan setting TMS Penyulang Meninting, Interkonektor 3 (PLTD Ampenan), Interkonektor 3 (GI Ampenan), Outgoing Trafo 3 dan Incoming Trafo 3
adalah 0,05, 0,12, 0,23 dan 0,28. Kemudian untuk kondisi eksisting setting arus EFR Penyulang Meninting, Interkonektor 3 (PLTD Ampenan), Interkonektor 3 (GI Ampenan), Outgoing Trafo 3 dan Incoming Trafo 3 adalah 50 A, 60 A, 160 A dan115 A.
Sedangkan untuk hasil perhitungan setting TMS Penyulang Meninting, Interkonektor 3 (PLTD Ampenan), dan Interkonektor 3 (GI Ampenan), Outgoing Trafo 3 dan Incoming Trafo 3 adalah 0,05 , 0,12 , 0,16 , dan 0,44
Gambar 1 Letak Relai Differensial, OCR dan EFR Transformator 60 MVA GI Ampenan
Jaringan distribusi yang terdapat pada bus tranformator 3 GI Ampenan adalah penyulang Meninting. Penyulang Meninting berada pada bus 20 kV PLTD Ampenan yang terhubug ke bus sistem 20 kV GI Ampenan melalui interkonektor 3 pada transformator 3 GI Ampenan. Penyulang meninting adalah saluran udara tegangan menengah (SUTM) menggunakan jenis penghantar AAAC 150 mm2, AAAC 70mm2, dan AAAC 50 mm2. Peralatan proteksi yang terpasang pada penyulang Meninting adalah OCR dan EFR dengan karakteristik standar inverse.
Gambar 1 menunjukkan transformator 3 GI Ampenan dan Penyulang Meninting yang akan digambarkan pada Software ETAP v12.6. Hasil running ETAP berupa nilai arus hubung singkat yang kemudian nilai ini akan digunakan untuk melakukan setting relai arus
Relai Differensial
Relai Out. 20 kV GI Amp
Relai Inc. 150 kV GI Amp
Relai Int. 3 PLTD Amp Relai Int. 3 GI Amp GI Amp
Relai Meninting
Amp
lebih dan relai gangguan tanah. Hasil simulasi menggunakan ETAP dapat dilihat pada Tabel 1.
Perhitungan settting OCR. Dengan memperhatikan karakteristik pada GI Ampenan yaitu pada setting OCR yang menggunakan standar inverse, perhitungan setting OCR berdasarkan arus gangguan hubung singkat tiga fasa. Nilai gangguan hubung singkat tiga fasa yang dijadikan acuan adalah nilai arus gangguan terbesar pada Penyulang (jarak 0%).
Tabel 1 Besar arus gangguan hubung singkat Penyulang Meninting menggunakan ETAP v12.6
No. Lokasi (%)
Jarak dari GD (m)
Arus gangguan hubung singkat (A)
hs 3Ф(*)
Ihs Ф- Ф(*)
Ihs Ф-T(*)
1. 0 0 6610 5740 301
2. 25 2150 4750 4130 297
3. 50 4320 4220 3660 295
4. 75 6730 3620 3140 292
5. 100 8490 3330 2890 290
Perhitungan setting OCR.
Perhitungan dilakukan pada Penyulang Meninting sebagai outgoing Penyulang, Interkonektor 3 PLTD Ampenan, Interkonektor 3 GI Ampenan, Outgoing 20 kV , dan Incoming 150 kV pada trafo tenaga.
1. Setting Usulan OCR pada Penyulang Meninting :
Ibeban = 218,11 218 A
CT = 1000/5 = 200 Iset primer = 2 ∙ Ibeban
= 2 ∙ 218
=436 A Iset sek. = Iset (pri) / Ratio CT∙
= 436 1000
5
= 2,18 A Isetinstanious = 8 x Iset (pri.)
= 8 x 436
= 3488 A
Langkah selanjutnya mencari nilai TMS (time multiple setting) :
= 0,04
Perhitungan setting EFR. Karakteristik EFR pada Gardu Induk Ampenan menggunakan standar inverse. Setting arus EFR berdasarkan nilai arus gangguan hubung singkat ketanah terkecil di Penyulang
Setting Usulan EFR pada sisi outgoing Penyulang Meninting
Perhitungan setting EFR dengan karakterisrik standar invers dilakukan dengam menggunakan hasil simulasi arus gangguan hubung singkat menggunakan bantuan ETAP v12.6.
Tabel 2 Perbandingan hasil perhitungan setting OCR kondisi eksisting dan Usulan
No Lokasi
Keteran gan Setting
Setting
Ratio CT Kurva Iset
(ampere) TMS (detik)
I intanteneous (ampere)
tinstent eneous (detik) I> t>> I>> t>>
1 Meninting
Eksisting 220 0,0
5 1500 0
1000:5 IEC SI Usulan 436 0,0
4 3488 0,0
2 2
Interkonek tor 3 (PLTD Ampenan)
Eksisting 600 0,1
2 4000 0
1000:5 IEC SI Usulan 692 0,1
0 4125 0,0
5 3
Interkonek tor 3 (GI Ampenan)
Eksisting 600 0,1
2 4000 0
1000:5 IEC SI Usulan 726 0,1
1 4125 0,0
5 4 Outgoing
Trafo 3
Eksisting 170 0
0,2
3 6000 0
2000:5 IEC SI Usulan 207
8 0,1
3 10392 0,1
0 5 Incoming
Trafo 3
Eksisting 275 0,2
8 - 0
300:5 IEC SI Usulan 280 0,2
0 1680 0,1
5
Langkah pertama yang dilakukan adalah mencari Iset, dimana setting arus EFR berdasarkan nilai arus gangguan hubung singkat ke tanah terkecil di Penyulang tersebut. Untuk mencari Iset dapat menggunakan persamaan (4).
Iset primer = 20% ∙ ISC (gangguan di 100%)
= 0,2 ∙ 290
= 58 A
Iset sek. = Iset primer∙Rat ioCT 1
= 58 ∙200 5
= 1,45 A
Langkah selanjutnya mencari nilai TMS :
= 0,02
Tabel 3 Perbandingan hasil perhitungan setting EFR kondisi Eksisting dan Usulan
No. Lokasi Keterangan Setting
Setting
Ratio CT Kurva Iset
(ampere) TMS (detik) I> t>
1 Meninting
Eksisting 50 0,05
200:5 IEC SI
Usulan 58 0,02
2 Interkonektor 3 (PLTD Ampenan)
Eksisting 60 0,12
1000:5 IEC SI
Usulan 72 0,06
3 Interkonektor 3 (GI Ampenan)
Eksisting 60 0,12
1000:5 IEC SI
Usulan 87 0,06
4 Outgoing Trafo 3
Eksisting 160 0,16
2000:5 IEC SI
Usulan 116 0,11
5 Incoming Trafo 3
Eksisting 115 0,44
300:5 IEC SI
Usulan 145 0,32
Analisis koordinasi proteksi. Analisis koordinasi proteksi menggunakan bantuan software ETAP v12.6..
Gambar 2 TCC koordinasi OCR Penyulang Meninting, Interkonektor 3 (PLTD Ampenan), Interkonektor 3 (GI Ampenan), Outgoing trafo 3, dan Incoming trafo 3 setting Usulan
Analisis ini meliputi koordinasi antara Penyulang Meninting, Interkonektor 3 (PLTD Ampenan), Interkonektor 3 (GI Ampenan), Outgoing trafo 3, dan Incoming trafo 3.
Koordinasi pengaman yang akan dikoordinasikan adalah:
1. Koordinasi OCR Penyulang Meninting, Interkonektor 3 (PLTD Ampenan), Interkonektor 3 (GI Ampenan), Outgoing trafo 3, dan Incoming trafo 3 setting usulan.
Koordinasi ini dapat dilihat pada Gbr
2.Berdasarkan Gbr 2 setting overload usulan arus penyulang meninting didapatkan 436 A, arus beban 218 A dengan perbandingan arus setting usulan dan arus beban sebesar 218 A, dapat mengantisipasi apabila terjadi penambahan beban atau manuver penyulang pada sisi 20 kV bus PLTD Ampenan, sehingga relai dapat bekerja dengan selektif.
Hasil setting arus instateneous penyulang meninting lebih besar dibandingkan Isc minimum, sehingga apabila terjadi gangguan Isc minimum OCR pada kondisi normal inverse akan bekerja dalam waktu 0,15 detik.
Sedangkan untuk instateneous akan bekerja apabila terjadi gangguan Isc maximum. Untuk itu, dapat di katakan bahwa OCRsetting usulan tingkat selektivitasnya terpenuhi.
2. Koordinasi EFR Penyulang Meninting, Interkonektor 3 (PLTD Ampenan), Interkonektor 3 (GI Ampenan), Outgoing trafo 3, dan Incoming trafo 3 setting usulan
Gambar 3 TCC koordinasi EFR Penyulang Meninting, Interkonektor 3 (PLTD Ampenan), Interkonektor 3 (GI Ampenan), Outgoing trafo 3, dan Incoming trafo 3 setting usulan
Berdasarkan Gambar 3 setting usulan arus EFR penyulang meninting didapatkan sebesar 58 A dengan TMS sebesar 0,02. Jika terjadi gangguan Isc satu Fasa ke tanah sebesar 0,274 kA maka relai pada kondisi normal inverse akan bekerja pada waktu 0,15 detik.
Dengan demikian dapat dikatatakan relai setting usulan akan lebih cepat atau lebih selektif dalam mengamankan gangguan
dibandingkan relai pada kondisi eksisting.
Dimana, waktu kerja relai kondisi eksistin maka didapatkan 0,29 detik dengan TMS sebesar 0,05.Selisih waktu (grading time) Penyulang Meninting dengan Interkonektor 3 (PLTD Ampenan) dan Interkonektor 3 (GI Ampenan) adalah 0,220 detik apabila relai dipenyulang gagal bekerja. Sedangkan Selisih waktu (grading time) Penyulang Meninting dengan Outgoing Trafo 3 adalah 0,787 detik dan Selisih waktu (grading time) Penyulang Meninting dengan incoming Trafo 3 adalah 1,862 detik.
Kesimpulan
1. Hasil simulasi Etapv12.6 diperoleh Isc maksimum (di 0% panjang penyulang) 5890 A , Fasa-Fasa dan 1 Fasa ke tanah (di 100% panjang penyulang) 2890 A, dan 274 A arus beban puncak 218 A.
2. Setting Usulan di dapatkan nilai setting arus primer dan TMS adalah :
a. Arus setting primer OCR Penyulang Meninting berturut-turut sampai incoming trafo 3 sebesar 436 A, 629 A, 726 A, 2078 A dan 280 A . Sedangkan TMS OCR Penyulang Meninting berturut-turut sampai incoming trafo 3 sebesar 0,04, 0,10, 0,11, 0,13, dan 0,20.
b. Setting arus primer EFR Penyulang Meninting berturut-turut sampai incoming trafo 3 sebesar 58 A, 72 A, 87 A, 116 A dan 145 A . Sedangkan TMS EFR sebesar 0,02, 0,12, 0,12, 0,11, dan 0,32.
3. Koordinasi didapatkan selisih waktu kerja adalah :
a. Penyulang Meninting akan bekerja pada waktu 0,315 detik dan selisih waktu masing-masing OCR dari Penyulang Meninting berturut-turut sampai incoming trafo 3 adalah 0,315, 0,378, 0,504, dan 0,945 detik.
b. Penyulang Meninting akan bekerja pada waktu 0,158 detik dan selisih waktu masing-masing EFR penyulang meninting berturut-turut sampai incoming trafo 3 adalah 0,220, 0,220, 0,787, dan 1,682 detik.
Saran
1. Koordinasi relai dapat lakukan kembali dengan penambahan pembangkit dan penyulang 20 kV dengan memperhatikan perubahan beban dengan kapasitas pembangkit pada sisi Transformator 60 MVA.
2. Dapat dilakukan penelitian lebih lanjut mengenai setting relai differensial pada transformator 60 MVA untuk mensimulasi setting relai differensial ke program Etapv12.6 dengan memperhatikan data eksisting di lapangan dan hasil perhitungan setting usulan.
DAFTAR PUSTAKA
Anderson, P. M. (1998). Power System Protection. New York: IEEE Press.
Komari. (2003). Proteksi Sistem Tenaga Listrik. Jakarta: PLN.
P3BJB, T. (2010). Proteksi P3BJB. Jakarta:
PLN.
Utani, H. S., Supriyatna, & Supriono. (2017).
Koordinasi Relai Arus Lebih dan Relai Gangguan Tanah pada GI Ampenan.
Dielektrika Vol 4 No 2 Agustus 2017 , 77 - 84.
